Solcellsprestanda och stabilitet beror på de tunna filmernas morfologi, speciellt deras förmåga att kristallisera i den så kallade fotoaktiva α-fasen. Perovskiter som innehåller bly tenderar att kombinera olika halogenider, såsom de anjoniska formerna av brom och jod, med blandningar av metylammonium, formamidinium, cesium och andra katjoner. Dessa har lett till rekordstor omvandlingseffektivitet och termisk stabilitet jämfört med deras singelhalogenid, enkatjonanaloger. Dock, dessa blandade halogenider, perovskitfilmer med blandade katjoner har karakteriserats endast genom ex-situpostdepositionstekniker. Detta begränsar förståelsen av mekanismerna som styr deras tillväxt från deras sol-gel-prekursor till deras solid state och stoppar försök att förbättra enhetens prestanda och stabilitet.

Nu, Stefan De Wolf, hans postdoc Kai Wang och hans medarbetare har undersökt effekten av katjoner, halogenider och antilösningsmedel som droppar på blandad halogenid, perovskitfilmer med blandade katjoner. Teamet spårade filmernas strukturella utveckling under spin-coating-avsättningsprocessen med anin situ-röntgenspridningsteknik. Röntgentekniken undersökte filmerna i atomär skala från deras sol-gel-prekursor till det fasta tillståndet och gav information om bildandet av kristallina mellanprodukter under stelningen. Forskarna införlivade också filmerna i solceller och utvärderade prestanda och stabilitet hos de resulterande enheterna.

"Vår studie ger kritiska insikter om kristalliseringen av multikomponentsystemen mot högpresterande perovskitsolceller, ", säger Wang. Förändringar i sammansättningen av halogeniden och katjonen påverkade dramatiskt stelningen av perovskitprekursorerna under spinnbeläggning och den efterföljande bildningen av den önskade α-fasen vid tillsats av antilösningsmedel.

Perioden som behövdes för att generera högkvalitativa filmer genom tillsats av antilösningsmedel slutade när sol-gelstrukturen kollapsade för att producera kristallina biprodukter beroende på prekursorblandningen. Följaktligen, justering av halogenid-katjonblandningen kan fördröja denna kollaps, vidga fönstret som droppar mot lösningsmedel från några sekunder till flera minuter. Också, Att samtidigt införliva cesium- och rubidiumkatjoner i perovskiten stimulerade synergistiskt bildningen av a-fasen. Längden på detta fönster visade liten effekt på resulterande solcellsprestanda så länge som antilösningsmedlet tillsattes inom denna period.

Dessa fynd tyder på nya riktningar för utvecklingen av perovskitformuleringar som ytterligare kan stabilisera sol-geltillståndet och främja dess omvandling till den önskvärda perovskitfasen. "Detta är avgörande för att uppnå bättre prestanda, reproducerbar, kostnadseffektiv och skalbar tillverkning av perovskitsolceller, " säger Wang.

Teamet arbetar med att överföra denna kunskap till andra deponeringstekniker för att utvecklas mot marknadsförberedda perovskitsolceller.